炭素の同位体

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』
移動: 案内検索

炭素の同位体には、炭素8から炭素22まで15種類が知られており、そのうち2種類(炭素12炭素13)が安定である。長寿命の放射性同位体である炭素14半減期は5700年である。これは天然でみられる唯一の炭素の放射性同位体で、宇宙線との相互作用による14N + 1n → 14C + 1Hという反応で、痕跡量が生成している。最も安定な人工放射性同位体は炭素11で、半減期は20.334分である。その他の全ての放射性同位体の半減期は20秒以下であり、ほとんどが200ミリ秒以下である。最も不安定な同位体は炭素8で、半減期は10×10-21秒である。天然の存在量の平均をとった、炭素の標準原子量は、12.0107(8) uである。

炭素11[編集]

炭素11は、炭素の放射性同位体である。約99%は陽電子放出してホウ素11に、0.19-0.23%は電子捕獲してやはりホウ素11に崩壊する[1][2]。半減期は20.38分である。

炭素11は、ポジトロン断層法で分子の放射性ラベリングによく用いられる。

天然同位体[編集]

炭素には、炭素12、炭素13、炭素14の3つの天然同位体が存在する。炭素12と炭素13は安定で、天然の存在比は、約99:1である。炭素14は、大気上層で宇宙線からの熱中性子により生成し、地表に下降して生物に吸収される。炭素14の存在比は無視できる程度であるが、半減期5700年の放射性を持つため、放射計で検出することができる。死んだ組織は、それ以上炭素14を吸収しないため、炭素14の存在量は放射年代測定に用いることができる。

古気候[編集]

12Cと13Cは海洋循環を説明する温度トレーサーとして使われる。より軽い同位体(12C)の方が、植物が光合成するときに吸収されやすいことが分かっており、そのときのプランクトン(浮遊生物)の大発生により大量の12Cが海に取り込まれる。もし海水が層化(浅い方が暖かく、深い方が冷たい)して水が循環できなくなると、プランクトンの死滅によって12Cが海底に沈降し、表層は比較的多くの13Cで満たされる。そして、深い場所から冷水がわき上がる場所(北大西洋)から12Cがもたらされる。過去の気候のトレーサーには熱帯種、サンゴの成長環などがある(Flannery, 2005)。

一覧[編集]

同位体
核種
Z(p) N(n) 同位体質量 (u) 半減期 核スピン数 天然存在比 天然存在比
(範囲)
励起エネルギー
8C 6 2 8.037675(25) 2.0(4) x 10-21 s [230(50) keV] 0+
9C 6 3 9.0310367(23) 126.5(9) ms (3/2-)
10C 6 4 10.0168532(4) 19.290(12) s 0+
11C 6 5 11.0114336(10) 20.334(24) min 3/2-
12C 6 6 12 by definition STABLE 0+ 0.9893(8) 0.98853-0.99037
13C 6 7 13.0033548378(10) STABLE 1/2- 0.0107(8) 0.00963-0.01147
14C 6 8 14.003241989(4) 5.70(3) x 103 years 0+ <10-12
15C 6 9 15.0105993(9) 2.449(5) s 1/2+
16C 6 10 16.014701(4) 0.747(8) s 0+
17C 6 11 17.022586(19) 193(5) ms (3/2+)
18C 6 12 18.02676(3) 92(2) ms 0+
19C 6 13 19.03481(11) 46.2(23) ms (1/2+)
20C 6 14 20.04032(26) 16(3) ms [14(+6-5) ms] 0+
21C 6 15 21.04934(54)# <30 ns (1/2+)#
22C 6 16 22.05720(97)# 6.2(13) ms [6.1(+14-12) ms] 0+
  • #でマークされた値は、全てが純粋に実験値から算出されたものではなく、一部体系的な傾向から導き出された推定値を含んでいる。明確なデータが得られていない核スピンに関しては、かっこ書きで表記している。
  • 数値の最後にかっこ書きで表記しているのは、その値の誤差を示している。誤差の値は、同位体の構成と標準の原子質量に関しては、IUPACが公表する誤差で表記しており、それ以外の値は、標準偏差を表記している。
  • 同位体存在比の正確さと質量数は変化によって制限される。天然存在比の範囲は、通常の地球上のどの場所でも同じはずである。
  • すべての核種の原子量の標準として扱われるように12Cは特に重要であり、その原子量は12と定義されている。

出典[編集]

  1. ^ Scobie, J.; Lewis, G. M. (1 September 1957). “K-capture in carbon 11”. Philosophical Magazine 2 (21): 1089–1099. Bibcode 1957PMag....2.1089S. doi:10.1080/14786435708242737. http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/14786435708242737#preview 2012年3月27日閲覧。. 
  2. ^ Campbell, J.L.; Leiper, W., Ledingham, K.W.D., Drever, R.W.P. (NaN undefined NaN). “The ratio of K-capture to positon emission in the decay of 11C”. Nuclear Physics A 96 (2): 279–287. Bibcode 1967NuPhA..96..279C. doi:10.1016/0375-9474(67)90712-9. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0375947467907129 2012年3月27日閲覧。. 

参考文献[編集]

関連項目[編集]